CN108349264B - 打印设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种打印机，其包括：打印头，所述打印头配置为选择性地使得在衬底上创建标记；第一马达，所述第一马达联接至所述打印头并且设置为改变所述打印头相对于打印表面的位置，抵靠该打印表面执行打印，从而控制由所述打印头施加在所述打印表面上的压力；以及控制器，所述控制器设置为控制所述第一马达。所述控制器设置为控制供应给所述第一马达的线圈的电流的大小从而使得预定压力被所述打印头施加在所述打印表面上。

Description

打印设备和方法

技术领域

本发明涉及一种打印机。更具体地，但不排他地，本发明涉及控制由打印头施加在发生了打印的打印表面上的压力的方法、以及具体实施这种方法的打印机。

背景技术

热转印打印机使用传墨带。在打印操作中，将带上携带的油墨转印到待打印的衬底。为了影响油墨的转印，使打印头与带接触，并且使带与衬底接触。打印头包含打印元件，该打印元件在与带接触的同时被加热时使得油墨从带转印到衬底上。油墨将从与被加热的打印元件相邻的带的区域被转印。通过选择性地加热与需要转印油墨的图像区域对应的打印元件并且不加热与不需要转印油墨的图像区域对应的打印元件来将图像打印在衬底上。

在一些热转印打印机中，打印受到带和衬底移动经过的固定打印头的使用的影响。该操作可以被称为“连续”打印。此处，打印速度由经过固定打印头的衬底和带的运动速度定义。然而，在替代打印技术（所谓的“间歇”打印）中，保持衬底和带固定并且使打印头相对于固定衬底和带移动。此处，打印速度由打印头相对于固定带和衬底的运动速度定义。

直接热敏打印机使用热敏打印头来在热敏衬底上生成标记。使打印头与衬底直接接触。当打印头的打印元件在与衬底接触的同时被加热时，在衬底的与被加热的打印元件相邻的区域上形成标记。

众所周知，有多种因素会影响打印质量。例如，重要的是，将打印头相对于打印表面正确地定位，并且同样重要的是，打印头将适当的压力施加至打印表面以及被夹在打印头与打印表面之间的带和衬底。

在一些现有打印机中，打印头相对于打印表面（即，朝向和远离打印表面）的运动受到气缸的气动影响，该气缸按下打印头与打印表面以及位于打印头与打印表面之间的任何衬底和带接触。这种布置是有效的，但是由相关联的缺点。具体地，通常无法轻易地改变打印头所施加的压力，并且使用打印头需要压缩空气的可用供应。

发明内容

本发明的一些实施例的目的是提供一种消除或者减少一些上述缺点的新型打印机。

根据本发明的第一方面，提供了一种打印机，其包括：打印头，该打印头配置为选择性地在衬底上创建标记；第一马达，该第一马达联接至打印头并且设置为改变打印头相对于抵靠其执行打印的打印表面的位置，从而控制由打印头施加在打印表面上的压力；以及控制器，该控制器设置为控制第一马达。控制器设置为控制供应给第一马达的线圈的电流的大小从而使得预定压力被打印头施加在打印表面上。

控制供应给第一马达的线圈的电流的大小允许以扭矩受控方式来控制第一马达从而生成预定输出扭矩。可以（经由合适的机械联接）将这种生成的扭矩转换为在打印操作期间待由打印头施加在打印表面上的预定力（对于特定区域而言，与预定压力对应）。也就是说，通过对第一马达进行扭矩控制，能够实现对打印压力的精确控制。

控制器可以设置为在第一操作模式和第二操作模式下控制第一马达。在第一操作模式下，控制器可以设置为控制供应给第一马达的线圈的电流的大小从而使得预定压力被打印头施加在打印表面上。在第二操作模式下，控制器可以设置为控制第一马达的输出轴的角位置从而控制打印头相对于打印表面的位置。

第一操作模式可以被称为扭矩受控模式。也就是说，在第一操作模式下，扭矩可以是主要控制参数。由第一马达生成的扭矩可能与供应给第一马达的线圈的电流有一种已知的关系。由打印头施加在打印表面上的压力可能与第一马达所生成的扭矩有一种已知的关系。因此，通过控制供应给第一马达的线圈的电流的大小，可以控制由打印头施加在打印表面上的压力。

第二操作模式可以被称为位置受控模式。也就是说，在第二操作模式下，位置可以是主要控制参数。更具体地，第一马达的输出轴的角位置可以是受控参数。要理解，在位置受控模式下，由马达生成的扭矩仍然可以受到控制。例如，在位置受控模式下，可以控制由马达生成的扭矩从而使得马达的输出轴移动到期望角位置。

通过在第一操作模式和第二操作模式下控制马达，可以通过确保控制模式适用于特定情况来实现改进的打印机性能。例如，通过在扭矩受控模式下操作第一马达，可以精确地控制由打印头施加在打印表面上的压力。另一方面，通过在位置受控模式下控制第一马达，可以快速且有效地将打印头相对于打印表面定位。

在第二操作模式下，打印头可以与打印表面间隔开。

当打印头与打印表面间隔开时在位置受控模式下操作第一马达允许快速且有效地操作打印机，并且允许在连续图像的打印之间将打印头从打印表面撤回预定量。然而，如果仅仅使用了扭矩控制，则在第一马达的输出轴的旋转没有机械阻力的情况下（例如，当打印头与打印表面间隔开时），打印头可能无法在任意位置（即，自由空间位置）保持稳定。

控制供应给第一马达的线圈的电流的大小可以包括：控制电流的大小不超过预定最大值。

预定最大值可以与预定最大扭矩值对应。预定最大扭矩值可以与待由打印头施加在打印表面上的预定压力对应。

控制器可以设置为基于指示第一马达的输出轴的角位移的传感器信号来控制第一马达。

打印机可以包括设置为生成指示第一马达的输出轴的角位移的传感器信号的传感器。传感器可以是编码器，例如，旋转编码器。

在第二操作模式下，可以基于指示第一马达的输出轴的角位移的传感器信号来控制第一马达。可替代地或者另外，在第二操作模式下，可以基于第一马达的输出轴的期望角位置按照开环方式来控制第一马达。

在第一操作模式下，可以基于指示第一马达的输出轴的角位移的传感器信号来控制第一马达。

这种控制允许将位置信息提供给控制器，从而影响第一马达的闭环控制。以这种方式，可以将适当的控制信号提供给第一马达，从而使由第一马达生成期望扭矩。例如，在第一马达是步进马达的情况下，可以确定扭矩角（即，定子磁场位置与转子位置之间的角偏移量），并且可以使转子线圈所生成的磁场（即，定子磁场）具有特定定向。这种控制可以用于最大化针对供应给马达线圈的电流的特定大小而生成的扭矩。

第一马达可以是位置受控马达。第一马达可以是步进马达。

通过使用指示第一马达的输出轴的角位移的传感器信号作为控制输入，可以实现与步进马达通常相关联的许多好处（例如，高扭矩输出、低成本、和高速操作），同时还提供了通常与DC马达相关联的有利特性（例如，在供应给马达的电流与由马达输出的扭矩之间的众所周知的关系）。

在第一操作模式下，控制器可以设置为控制供应给第一马达的线圈的电流，从而基于指示第一马达的输出轴的角位移的传感器信号来控制所述第一马达的定子磁场的定向。

以这种方式，可以控制和优化第一马达所生成的扭矩。例如，通过控制扭矩角（即，定子磁场与转子位置之间的角偏移量），可以针对供应给马达线圈的电流的特定大小来最大化扭矩。具体地，众所周知，当使用90（电）度的扭矩角时，步进马达产生最大扭矩。因此，对定子磁场的定向的控制允许控制扭矩角，这又允许步进马达针对给定线圈电流生成最大扭矩。而且，通过提供精确的位置信息并且基于该信息来控制定子磁场，没有如下风险：如果负载大于最大扭矩容量，则步进马达将停转。

控制器可以进一步设置为控制第一马达的角位置。

所述控制器可以配置为控制第一马达从而使第一马达的输出轴尝试旋转预定角位移。

在打印头与打印表面间隔开的情况下，第一马达使所述第一马达的输出轴旋转预定角位移的尝试通常将会使预定角位移的对应旋转发生。因此，除非打印头的运动受到阻碍（例如，通过与打印表面接触），否则对第一马达进行位置控制可以允许对打印头进行精确的位置控制。

在第二操作模式下，第一马达可以配置为控制第一马达从而使第一马达的输出轴尝试旋转基于指示第一马达的角位移的传感器信号而被控制的预定角位移。可替代地或者另外，在第二操作模式下，可以基于期望角位置或者期望角位移按照开环方式来控制第一马达，从而旋转到预定角位置。

对角位置的所述控制可以是基于指示第一马达的角位移的传感器信号。

指示第一马达的角位移的传感器信号可以由传感器生成。传感器可以采取任何合适的形式，并且可以是例如磁性或者光学编码器。

所述控制器可以配置为基于接收到的目标位置和接收到的当前位置来控制第一马达。

在第二操作模式下，第一马达可以配置为基于接收到的目标位置和接收到的当前位置来控制第一马达从而使第一马达的输出轴。

所述控制器可以设置为基于马达速度信号和马达电流信号中的至少一个来控制第一马达的输出轴的角位置。

控制第一马达尝试旋转预定角位移允许以位置受控方式来控制第一马达朝打印表面移动并且压在打印表面上。通过在这种位置受控运动期间限制供应给第一马达的电流，可以实现位置控制（例如，预定运动速度、和停在任何任意位置的能力）和这些扭矩控制（例如，生成与在打印操作期间待由打印头施加在打印表面上的预定压力对应的预定输出扭矩）的益处。也就是说，通过对第一马达进行扭矩受限位置控制，可以实现在打印之前、期间和之后对打印压力和打印头位置两者的精确控制。

预定角位移可以与打印头相对于打印表面越过打印头与打印表面接触的点的运动对应，以便在使用时打印表面阻挡第一马达的输出轴旋转预定角位移。

也就是说，预定角位移可以使得打印机部件的机械布置在使用时不可能实现预定角位移，因为，例如，打印头在已经实现了预定角位移之前将接触打印表面。

控制器可以设置为控制第一马达命令第一马达的输出轴旋转直到指示第一马达的输出轴的实际运动指示已经完成预定角位移为止。

所述控制器可以配置为在第二操作模式下控制第一马达以使打印头保持打印头与打印表面间隔开预定间隔的位置。

在位置受控模式下可以使打印头保持准备打印位置，在该准备打印位置中，打印头与打印表面间隔开一小段距离（例如，2 mm）。以这种方式，可以保持打印头足够接近打印表面，以便在需要打印时打印头可以快速响应，但是也可以保持打印头与打印表面充分间隔开从而使打印头不会干扰衬底。

所述控制器可以配置为在第一操作模式下控制第一马达以使打印头从打印头与打印表面间隔开的位置朝打印表面移动。

在扭矩受控模式下可以使打印头从打印头与打印表面间隔开一小段距离（例如，2mm）的准备打印位置朝打印表面移动。以这种方式，一旦接收到打印命令，控制器便可以从在位置受控方式下控制第一马达切换至在扭矩受控方式下控制第一马达，以便使打印头朝打印表面移动，然后使得在打印与打印表面之间发挥受控打印力。

所述控制器配置为在第二操作模式下控制第一马达以使打印头从打印头被压靠打印表面的位置移动到打印头与打印表面间隔开的位置。

打印头与打印表面间隔开的位置可以是准备打印位置。可替代地，打印头与打印表面间隔开的位置可以是缩回位置。

控制供应给第一马达的线圈的电流的大小可以包括：将脉冲宽度调制信号提供给所述线圈。控制电流的大小可以包括：控制提供给所述线圈的脉冲宽度信号的占空比。控制供应给第一马达的线圈的电流的大小可以包括：控制供应给所述线圈的平均电流。

通过用脉冲宽度调制（PWM）来控制供应给第一马达的线圈的电流，可以控制在所述线圈中流动的平均电流。也就是说，在PWM操作期间，在马达线圈中流动的瞬时电流将改变，但是可以控制平均值具有期望值。进一步地，第一马达的线圈的整流（诸如，例如，在无刷DC马达中）将导致在与线圈不同的线圈中流动的电流根据第一马达的输出轴关于线圈的位置的旋转位置以及第一马达的内部结构而改变。然而，在第一马达的所有线圈中流动的电流的平均值将指示由第一马达生成的总扭矩。

打印头可以绕枢轴旋转，并且第一马达可以设置为使打印头绕枢轴旋转以改变打印头相对于打印表面的位置。

热转印打印机可以进一步包括打印头组件，该打印头组件包括第一臂和第二臂，第一臂联接至第一马达，并且打印头设置在第二臂上。第一马达可以设置为使第一臂运动，从而使第二臂绕枢轴旋转，并且导致打印头相对于打印表面的位置改变。

第一马达可经由柔性联动装置联接至第一臂。

术语“柔性联动装置”并不旨在暗示联接行为是弹性的。也就是说，柔性联动装置可以是相对无弹性的，从而导致第一马达的任何运动都被传递至第一臂，并且导致第一臂发生对应运动，并且因此导致第二臂和打印头发生对应运动，而不是导致柔性联动装置发生弹性变形（即，拉伸）。

联动装置可以是打印头旋转带。

打印头旋转带可以绕过由第一马达驱动的辊，从而使第一马达的旋转导致打印头旋转带运动，打印头旋转带的运动导致打印头绕枢轴旋转。辊可以由第一马达的输出轴驱动，从而使第一马达的输出轴的旋转导致打印头旋转带运动。

打印机可以进一步包括用于沿大体上平行于打印表面延伸的轨道输送打印头的打印头驱动机构。

轨道可以在与衬底和/或带的方向平行的方向上延伸以输送打印头。

控制器可以配置为在第二操作模式下控制第一马达以在沿大体上平行于打印表面延伸的轨道输送打印头期间使打印头保持打印头与打印表面间隔开预定间隔的位置。

在完成打印图像之后，可以使打印头缩回到准备打印位置并且在大体上平行于打印表面的方向上沿轨道移动，从而准备打印新图像。

控制器可以配置为在第一操作模式下控制第一马达以在沿大体上平行于打印表面延伸的轨道输送打印头期间使预定压力被打印头施加在打印表面上。

在打印图像期间，可以将打印头压靠打印表面并且在大体上平行于打印表面的方向上沿轨道移动，从而打印多行图像。

可以基于打印头沿大体上平行于打印表面延伸的轨道的位置来确定预定角位移。

打印头驱动机构包括可操作地连接至打印头的打印头驱动带和用于控制打印头驱动带的运动的第二马达；其中，打印头驱动带的运动导致沿大体上平行于打印表面延伸的轨道输送打印头。

打印头驱动带可绕过由第二马达驱动的辊，从而使第二马达的输出轴的旋转导致打印头驱动带运动，打印头驱动带的运动导致沿大体上平行于打印表面延伸的轨道输送打印头。

打印头驱动带可以大体上平行于打印头旋转带延伸。也就是说，打印头驱动带（其设置为使得打印头沿大体上平行于打印表面的轨道被输送）可以大体上平行于打印头旋转带延伸，该打印头旋转带使打印头绕枢轴旋转。

打印表面可以大体上平行于衬底运动和/或带运动的方向延伸。

第二马达可以是位置受控马达。第二马达可以是步进马达。第二马达可以被称为打印头驱动马达。

第一马达可以是DC马达。第一马达可以是无刷DC马达，诸如，例如，三相无刷DC马达。

打印机可以是热敏打印机，其中，打印头配置为被选择性地提供能量以生成会在衬底上创建标记的热量。

打印机是热转印打印机，其中，打印头配置为被选择性地提供能量，使得油墨从传墨带被转印到衬底，从而在衬底上创建标记。

打印机可以是热转印打印机，其进一步包括：第一卷轴支架和第二卷轴支架，该第一卷轴支架和该第二卷轴支架分别配置为支撑带的卷轴；以及带驱动器，该带驱动器配置为使得带从第一卷轴支架运动到第二卷轴支架。

打印头可以配置为被选择性地提供能量以生成使得会在热敏衬底上创建标记的热量。

根据本发明的第二方面，提供了一种控制打印机的方法，打印机包括：打印头，该打印头配置为选择性地在衬底上创建标记；第一马达，该第一马达联接至打印头并且设置为改变打印头相对于抵靠其执行打印的打印表面的位置，从而控制由打印头施加在打印表面上的压力；以及控制器，该控制器设置为控制第一马达。该方法包括：控制供应给第一马达的线圈的电流的大小从而使得预定压力被打印头施加在打印表面上。

控制器可以设置为在第一操作模式和第二操作模式下控制第一马达。该方法可以包括：在第一操作模式下，控制供应给第一马达的线圈的电流的大小从而使得预定压力被打印头施加在打印表面上。该方法可以包括：在第二操作模式下，控制第一马达的输出轴的角位置从而控制打印头相对于打印表面的位置。

该方法可以包括：在第二操作模式下控制第一马达以使打印头保持打印头与打印表面间隔开预定间隔的位置。

该方法可以包括：在第一操作模式下控制第一马达以使打印头从打印头与打印表面间隔开的位置朝打印表面移动。

该方法可以包括：在第二操作模式下控制第一马达以使打印头从打印头被压在打印表面上的位置移动到打印头与打印表面间隔开的位置。

该方法可以包括：在第二操作模式下控制第一马达以在沿大体上平行于打印表面延伸的轨道输送打印头期间使打印头保持打印头与打印表面间隔开预定间隔的位置。

该方法可以包括：在第一操作模式下控制第一马达以在沿大体上平行于打印表面延伸的轨道输送打印头期间使所述预定压力被打印头施加在打印表面上。

该方法可以包括：确定打印头在平行于打印表面的方向上的位置，并且基于打印头在平行于打印表面的方向上的位置来控制第一马达。

控制供应给第一马达的线圈的电流的大小可以包括：控制电流的大小不超过预定最大值。

控制供应给第一马达的线圈的电流的大小可以包括：确定打印头相对于打印表面的目标位置；控制供应给第一马达的线圈的电流的大小以使打印头朝目标位置移动；以及如果使打印头朝目标位置移动所需的电流超过预定最大值，则控制电流的大小不超过预定最大值。

控制供应给第一马达的线圈的电流的大小可以包括：确定与打印头的目标位置对应的第一马达的输出轴的旋转位置；以及控制供应给第一马达的线圈的电流的大小以使第一马达的输出轴朝确定的旋转位置移动。

控制供应给第一马达的线圈的电流的大小可以包括：确定打印头在平行于打印表面的方向上的实际位置；其中，确定与打印头的目标位置对应的第一马达的输出轴的旋转位置是基于打印头在平行于打印表面的方向上的实际位置。

在本发明的一个方面的背景下描述的任何特征可以应用于本发明的其它方面。具体地，在本发明的第一方面的背景下描述的特征可以应用于本发明的第二方面。

附图说明

现在将参照附图仅仅通过举例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明的打印机的示意图；

图2是进一步详细地示出了图1的打印机的图示；

图3是进一步详细地示出了图1的打印机的透视图；

图4是示出了在打印操作期间对打印头相对于打印表面的位置的控制的流程图；

图5是设置为控制图1的打印机的部件的控制器的示意图；

图6是图5的控制器的部分的示意图；

图7是示出了在打印操作期间对打印头相对于打印表面的位置的控制的流程图；以及

图8是示出了在打印操作期间打印头的实际位置与打印头的目标位置之间的关系的图表。

具体实施方式

参照图1，图示了热转印打印机1，在该热转印打印机1中，传墨带2设置在供带卷轴3上，通过打印头组件4并且被收带卷轴5收取。供带卷轴3由步进马达6驱动，而收带卷轴由步进马达7驱动。在所示的实施例中，供带卷轴3安装在其步进马达6的输出轴6a上，而收带卷轴5安装在其步进马达7的输出轴7a上。步进马达6、7可以设置为在推挽模式下操作，由此，步进马达6使供带卷轴3旋转以放出带，而步进马达7使收带卷轴5旋转以收卷带。在这种布置中，带中的张力可以通过控制马达来确定。在早期的美国专利US7,150,572号中描述了用于在热转印打印机的卷轴之间传输带的这种布置，该案的内容以引用的方式并入本文。

在其它实施例中，带可以经过打印头组件4按照其它方式从供带卷轴3被输送到收带卷轴5。例如，仅仅收带卷轴5可以由马达操作，而供带卷轴3设置为对带运动提供阻力，从而在带中产生张力。也就是说，在一些实施例中，可能不需要驱动供带卷轴5的马达6。对带运动的阻力可以由供带卷轴上的滑动离合器布置提供。在一些实施例中，驱动供带卷轴5和收带卷轴7的马达可以是除了步进马达之外的马达。例如，驱动供带卷轴5和收带卷轴7的马达可以是直流（DC）马达，一般而言，驱动供带卷轴5和/或收带卷轴7的马达可以是扭矩受控马达（例如，DC马达）或者位置受控马达（例如，步进马达、或者DC伺服马达）。

由供带卷轴3放出的带在通过打印头组件4之前通过导辊8，然后通过另外的导辊9，随后被收带卷轴5收取。

打印头组件4包括通过带2的打印头（未示出）、以及靠着打印表面11以影响打印的衬底10。打印头是热转印打印头，其包括多个打印元件，该多个打印元件分别设置为从带2去除一个像素的油墨并且将去除的一个像素的油墨沉积在衬底10上。

打印头组件4可在大体上平行于经过打印头组件4的带2和衬底10的行进方向的方向上移动，如箭头A所示。进一步地，打印头组件4的至少一部分可朝和远离衬底10移动，从而使带2（当通过打印头时）移入以与衬底10接触和移出以不与衬底10接触，如箭头B所示。

现在参照图2和图3，更详细地描述了打印机1。打印头组件4进一步包括：导辊12，围绕其带2通过辊9之间；以及打印头。打印头组件4枢转安装到打印头滑架13上以绕枢轴14旋转，从而允许打印头朝或者远离打印表面11移动。打印头滑架13可沿线性轨道15移动，该线性轨道15固定在相对于打印机1的底板16的位置中。

打印头滑架13在带运动方向上（并且因此在打印头组件4的位置中）的位置由马达17控制（参见图3）。马达17位于底板16后面并且驱动安装在马达17的输出轴17a上的滑轮18。滑轮18又驱动在另外的滑轮20周围延伸的打印头驱动带19。打印头滑架13固定到打印头驱动带19上。因此，滑轮18在顺时针方向上旋转会驱动打印头滑架13并且因此驱动打印头组件4到图2的左侧，而滑轮18在图2中的反时针方向上旋转会驱动打印头组件4到图2的右侧。

打印头朝和远离打印表面的运动（并且因此打印头对带2、衬底10和打印表面11产生的压力）由马达21控制。马达21也位于底板16后面（参见图3）并且驱动安装在马达21的输出轴上的滑轮22。滑轮22又驱动在另外的滑轮24周围延伸的打印头旋转带23。打印头组件4包括第一臂25和第二臂26，该第一臂25和该第二臂26设置为绕枢轴14枢转。第一臂25连接至打印头旋转带23，从而在打印头旋转带23移动时也使第一臂25移动。打印头附接至第二臂26。假设枢轴14保持固定（即，打印头滑架13不移动），要理解，打印头旋转带23的运动导致第一臂25运动，并且导致第二臂26绕枢轴14做对应运动，因此导致打印头运动。因此，滑轮22在顺时针方向上旋转会驱动第一臂25到图2的左侧，从而使第二臂26在大体上向下的方向上移动，并且使打印头组件4朝打印表面11移动。另一方面，滑轮22在图2中的反时针方向上旋转会使打印头组件4远离打印表面11移动。

带19、23可以被视为柔性联动装置的一种形式。然而，术语“柔性联动装置”并不旨在暗示带行为是弹性的。也就是说，带19、23在大体上平行于经过打印头组件4的带2和衬底10的行进方向的方向（即，在滑轮22与另外的滑轮24之间延伸的方向）上是相对无弹性的。当然，要理解，带19、23在大体上垂直于经过打印头组件4的带2和衬底10的行进方向的方向上弯曲，从而允许带19、23在滑轮18、20、22、24周围移动。进一步地，打印头旋转带23将在垂直于经过打印头组件4的带2和衬底10的行进方向的方向上弯曲，从而考虑第一臂25绕枢轴14的运动弧度。然而，一般而言，要理解，相对无弹性确保由马达21导致的滑轮22的任何旋转被大体上传递至第一臂25并且导致第一臂25运动，从而导致打印头运动。例如，带19、23可以是具有钢增强件的聚氨酯同步带。例如，带19、23可以是由BRECOflex CO., L.L.C.,New Jersey, United States制造的AT3 GEN III Synchroflex Timing Belts。

打印头关于枢轴14的运动弧度由打印头相对于枢轴14的位置确定。打印头的运动程度由第一和第二臂25、26的相对长度以及打印头旋转带23移动的距离确定。因此，通过控制马达21以使马达轴（并且因此使滑轮22）移动通过预定角距离，可以使打印头朝或者远离打印表面11移动对应预定距离。

要进一步理解，由打印头旋转带23施加至第一臂25的力将被传递至第二臂26和打印头。因此，如果打印头的运动因为打印头与表面（诸如，例如，打印表面11）接触而变得相反，则由打印头施加在打印表面11上的力将由打印头旋转带23施加在第一臂25上的力确定，尽管有必要调整第一臂25和第二臂26的几何结构。进一步地，由打印头旋转带23施加在第一臂25上的力又由马达21（经由滑轮22）施加至打印头旋转带23的扭矩确定。

因此，通过控制马达21输出预定扭矩，可以在点头与打印表面11之间产生对应预定力（和对应压力）。也就是说，可以控制马达21以使打印头朝和远离打印表面11移动，并且因此确定打印头施加至打印表面11的压力。当施加的压力是影响打印质量的因素时，对施加的压力的控制便至关重要。

上述描述假设，当打印头朝和远离打印表面11移动时，枢转14是固定的。例如，这种布置可以用于影响连续打印。然而，在一些打印模式（诸如，例如，间歇打印）下，在打印操作期间需要打印头在衬底运动方向上移动。这种运动受到滑架13在马达17的控制下沿线性轨道15移动的影响，如上所述。

然而，要理解，打印头滑架13的任何运动在打印头旋转带23没有做出对应运动的情况下将导致打印头组件4的第一臂25和第二臂26绕枢轴14旋转，从而使打印头朝或者远离打印表面11移动。因此，为了在打印头运动期间确保稳定的打印头压力和位置，需要控制马达17、21，从而以协调的方式驱动打印头驱动带19和打印头旋转带23。

以与枢轴14的位置是固定的上述情况相似的方式执行打印头在枢轴14的位置也正在移动时朝和远离打印表面的运动。然而，相对于打印头驱动带19的位置，而不是相对于底板16上的任何固定基准面来执行对马达21的控制，从而执行对打印头旋转带23的运动的控制。

例如，为了在打印头滑架13沿线性轨道15运动期间保持打印头与打印表面11之间的预定间隔，应该控制打印头旋转带23移动与打印头驱动带19相同的量。另一方面，为了在打印头滑架13沿线性轨道15运动期间保持打印头与打印表面11之间的预定压力，应该注意确保控制打印头旋转带23在打印头驱动带19移动时移动，同时，仍然向第一臂25提供足以生成预定打印头压力的力。

如果控制马达21输出预定扭矩，则不管打印头旋转带23关于打印头驱动带19的位置，都可以实现这种控制。这会导致在打印头与打印表面11之间产生预定压力（其与预定扭矩对应）。也就是说，如果马达21作为扭矩受控马达操作，则马达21的输出轴将旋转（并且因此滑轮22和打印头旋转带23旋转）以将马达输出扭矩保持在预定水平，不管打印头滑架13在线性轨道15上的位置，或者甚至在打印头滑架13的运动期间。以这种方式，可以参考马达21的单个控制参数来控制打印头压力，不管打印头滑架位置或者运动状态。

在一些实施例中，马达21是DC马达，诸如，例如，无刷DC马达（BLDC）。例如，DC马达可以是具有约36伏的额定电压或者每分钟约3500转的空载转速的BLDC马达。进一步地，例如，DC马达可能能够在吸引约5安培电流的同时生成约500毫牛顿米的额定扭矩，并且在吸引约8安培的电流的同时生成约800毫牛顿米的启动扭矩。例如，DC马达可以包括设置为控制马达的线圈的整流的内部驱动电子设备。当然，也可以针对每个特定应用适当地选择具有除此之外的规格的马达。而且，可以通过使用联接至马达的变速箱来更改或者优化马达操作特性。

这种类型的DC马达在供应给马达的电流与马达输出的扭矩之间展现出众所周知的关系。因此，通过向马达21提供预定电流，可以在马达的输出轴处生成对应预定扭矩，导致在打印头与打印表面11之间产生预定压力。

也就是说，通过对供应给马达21的电流进行适当控制，可以将马达21生成的扭矩控制为预定值，并且因此可以将打印头压力控制为预定值。

通过对马达21进行扭矩控制来对打印头压力进行控制允许可控制打印头‘进入’或者‘出来’。也就是说，在没有对位置进行控制的情况下，在顺时针方向或者反时针方向上在扭矩控制模式下驱动马达21。当被驱动‘进入’时，打印头移动直到其到达物理停止件为止，在此之后，马达21将继续生成预定缩回扭矩，但是因为物理停止件的存在将不会有任何另外的移动（下面将更详细地描述）。另一方面，当打印头被驱动“出来”时，打印头向外移动直到其到达打印表面11，在此之后，马达21将继续生成预定打印扭矩，但是因为打印表面11的存在将不会有任何另外的移动（同样在下面将更详细地描述）。

现在参照图4描述上文简述的打印机1的操作。所描述的处理由与打印机1相关联的控制器（未示出）执行。处理开始于步骤S1，在该步骤S1中，可以执行初始化动作。一旦完成，处理便转到步骤S2，在该步骤S2中，打印机1处于待机或者准备打印状态。在这种状态下，打印头从打印表面撤回，并且控制器正在等待接收‘打印’命令。虽然没有接收到‘打印’命令，但是处理循环步骤S2。

当控制器接收到‘打印’命令时，处理转到步骤S3，并且马达21被提供能量以在顺时针方向上移动并且传递预定扭矩（即，在预定电流流过马达线圈的情况下），从而使打印头组件4朝打印表面11移动。一旦打印头与打印表面11接触，打印头便会在打印表面上施加压力，该压力与为马达21设置的预定扭矩对应。一旦接触压力已经稳定，则处理转到步骤S4。在步骤S4中，在将执行间歇打印的情况下，马达17被提供能量以使打印头驱动带19移动，使得打印头滑架13沿线性轨道15移动，从而导致打印头平行于打印表面11移动。一旦已经生成打印头滑架所需的运动速度，处理便会转到步骤S5，在该步骤S5中执行打印。打印头在其沿打印表面11通过时被提供能量，从而按照需要将油墨转印到衬底10。

在需要执行连续打印的情况下（与间歇打印相反），可以省略步骤S4，并且处理可以从步骤S3直接转到步骤S5。

一旦打印完成，处理转到步骤S6，在该步骤S6中，控制马达21在具有预定缩回扭矩的反方向（即，反时针方向）上被提供能量，导致打印头组件4远离打印表面11移动。提供物理停止件（未示出）以防止打印头组件4从打印表面11移动不只预定距离。也就是说，当在扭矩受控模式下控制马达21时，马达21仅仅可以操作以在特定方向上（即，朝或者远离打印表面11）驱动打印头滑架4。因此，提供停止件以防止打印头组件4从打印表面11移动太远（并且因此防止打印头从打印表面11移动太远）。物理停止件设置为将打印头滑架4停在离打印表面11的一段距离处，在缩回位置中。缩回位置考虑衬底10的安全运动并且考虑在没有损坏打印头、带2或者衬底10的风险的情况下执行系统维护。例如，缩回位置考虑带2在没有受到打印头干扰的情况下穿线通过打印机1。进一步地，要理解，一些衬底可能不是平坦的，并且可以包括凸出部分，如果该凸出部分与打印头接触，则该凸出部分可能损坏打印头。因此，将缩回位置选择为离打印表面11足够远（并且也离衬底10足够远）从而避免任何这种接触。

一旦打印头组件4与停止件邻接，马达21将继续生成缩回扭矩，然而运动将停止。因此，通过适当选择缩回扭矩值，可以利用预定缩回力将打印头组件4压在停止件上，从而将打印头组件4保持在缩回位置中直到需要再次打印。要理解，可以将缩回力选择为小于打印力。也就是说，将打印头组件4保持在缩回位置中可能需要比实现高质量打印所需的力更小的力（和更小的对应扭矩）。

一旦打印头组件缩回，处理便转到步骤S7，在该步骤S7中，通过对马达17进行适当控制以准备后续打印操作来移动打印头滑架13。例如，可以使打印头滑架13在与打印操作期间的运动方向相反的方向上沿线性轨道15移动。当然，在执行连续打印的情况下，可以省略步骤S7（正如步骤S4一样）。处理然后转到步骤S8，在该步骤S8中，确定是否需要更多打印。如果需要更多打印，处理返回步骤S2，在该步骤S2中，等待下一个‘打印’命令。另一方面，如果不需要更多打印，则处理终止于步骤S9。

虽然参照图4描述的通过对马达21进行扭矩控制来对打印头压力进行控制可以提供一定程度的控制，但是不考虑将打印头保持在接近打印表面11的任意位置中（除了在被压靠停止件时）。因此，当马达21由扭矩控制单独控制时，为打印头提供接近打印表面但是与打印表面分开的‘准备打印’位置是不可能的。也就是说，虽然上述缩回位置允许避免与衬底有任何不必要的接触，但是该位置必然导致在打印头与衬底10之间存在显著间隔。因此，当接收到‘打印’命令时，该距离必须通过使打印头组件4朝衬底10（和打印表面11）移动来关闭。然而，如果这种运动被执行得足够快以允许高速打印，则这种运动可以导致打印头在与打印表面11接触时弹起，从而需要等待更多的时间直到建立稳定的打印压力为止。

然而，在替代控制模式下，DC马达21由闭环位置控制器控制，该闭环位置控制器也设置有扭矩极限，从而允许提供准备打印位置。

图5图示了设置为对马达21提供组合扭矩和位置控制的控制器30。该控制器30包括位置控制器31、速度设定点加法器32、速度控制器33、电流设定点加法器34、扭矩控制器35和马达驱动器36。控制器30，更具体地是位置控制器31接收位置设定点信号PSP作为输入。例如，位置设定点信号可以采取指示应该将打印头移动至准备打印位置、打印位置或者起始（缩回）位置的信号形式。位置控制器31也接收位置反馈信号PF作为第二输入，该位置反馈信号PF指示马达21的旋转位置。

位置反馈信号PF由编码器37生成，该编码器37附接至马达21并且生成精确地表示马达21的位置的输出。例如，编码器37可以是包括磁铁的磁性编码器，该磁铁安装为关于马达21的输出轴旋转并且其磁场由霍尔效应传感器编码器芯片感测。例如，霍尔效应传感器编码器芯片可以生成每转约1000脉冲。编码器可以适当地提供输出，该输出是经由串行接口的绝对值编码器位置输出、或者伪正交编码器输出。例如，合适的霍尔效应传感器可以由具有由Austria Microsystems制造的零件号为AS5040的部件提供。

可替代地，位置反馈信号PF可以由马达21的内部部件或者生成精确地表示马达21的角位置的输出的任何部件生成。为了整流的目的按常规并入BLDC马达的霍尔效应传感器无法以低速提供足够的转数从而精确地控制马达21的位置。因此，附加编码器（诸如，上述编码器）可能是首选。

要进一步理解，位置反馈信号PF可以由生成精确地表示打印头组件4的位置的输出的任何部件生成。

位置控制器31也接收指示打印头滑架13的位置的打印头滑架位置信号PC作为第三输入。打印头滑架位置信号PC可以是基于已经使马达17移动通过的步骤数来生成的。例如，打印头滑架位置信号PC可以基于供应给马达17的控制信号。以组合的方式，打印头滑架位置信号PC和位置反馈信号PF允许计算打印头相对于打印表面11的实际位置。

位置控制器31生成基于位置设定点信号PSP、打印头滑架位置信号PC和位置范围信号PF（这些信号合在一起指示打印头13的实际位置和打印头组件的实际位置）的马达速度设定点信号SSP作为输出。在打印头组件13的后续运动期间调整速度设定点信号SSP以确保按照适当的方式来控制运动。例如，当接收到使打印头从准备打印位置移动以与打印表面11接触的指令时，位置控制器31最初生成一系列速度设定点信号SSP，该速度设定点信号SSP采取增加斜坡的形式，该增加斜坡具有已知在与负载组合的马达21和马达驱动器36（即，打印头组件4）的能力范围内的增长速度（即，加速度）。一旦生成的速度设定点SSP特性到达预定最大速度，速度设定点特性便会变得平坦，即，保持预定最大速度。进一步地，一旦打印头组件4的实际位置接近打印表面11，便可以生成减速斜坡，使得马达21在接触之前减速，从而减少打印头弹起的可能性。

因此，位置反馈信号PF被位置控制器31用作一组预定运动轮廓函数的索引。例如，每个运动轮廓函数可以包括加速斜坡、最大速度和减速斜坡。要理解，各种运动轮廓的特性都取决于该轮廓的目的（例如，向内移动以准备打印、向内移动至打印位置、向外移动至准备打印等），并且也取决于打印机1的各种特性。例如，可能需要不同的运动轮廓来与不同的打印宽度一起使用。

在一些实施例中，位置控制器31可以包括简单的闭环位置控制器，该简单的闭环位置控制器具有设定点加法器，该设定点加法器从生成位置错误信号的位置设定点减去实际位置信号（如由位置反馈信号PF所指示的），该位置错误信号被提供给比例积分控制器（该比例积分控制器本身可以限制最大加速度/速度等）。

将位置控制器31的输出（即，速度设定点信号SSP）提供给速度设定点加法器32，该速度设定点加法器32也接收速度反馈信号SF。该速度反馈信号SF是由速度转换器37a基于编码器37的输出生成的。速度转换器37a将编码器37生成的脉冲转换为指示马达21的旋转速度的信号。

速度设定点加法器32从生成速度错误信号的速度设定点信号SP减去速度反馈信号SF，该速度错误信号被提供给速度控制器33。例如，速度控制器33可以采取比例积分（PI）控制器的形式，并且设置为生成使马达21操作以最小化速度设定点SSP与速度反馈信号SF之间的差异（即，最小化速度误差信号）的扭矩设定点信号TSP作为输出。

速度控制器的输出33（即，扭矩设定点信号TSP）又被提供给扭矩设定点加法器34，该扭矩设定点加法器34也接收指示扭矩由马达21生成的扭矩反馈信号TF。众所周知，由DC马达产生的扭矩与在线圈中流动的电流成正比。因此，可以通过监测在马达21的线圈中流动的电流来生成扭矩反馈信号。

扭矩设定点加法器34从生成扭矩错误信号的扭矩设定点信号TSP减去扭矩反馈TF信号，该扭矩错误信号被提供给扭矩控制器35。该扭矩控制器35设置为生成提供给马达驱动器36的马达控制信号作为输出。例如，扭矩控制器35可以采取比例积分（PI）控制器并且操作为最小化扭矩设定点信号TSP与扭矩反馈信号TF之间的差异（即，最小化扭矩误差信号）。因此，如果生成的扭矩小于扭矩设定点，则使马达21生成马达扭矩，反之亦然。

扭矩控制器35也接收与马达21所生成的最大扭矩对应的扭矩极限信号TL作为输入。该扭矩极限信号TL被确定为与预定打印头接触力对应。扭矩极限信号TL用于防止打印头接触力超过预定打印头接触力。也就是说，即使校正速度错误信号所需的扭矩大于扭矩极限TL，也防止扭矩控制器35生成使马达生成该水平的扭矩的信号。例如，当扭矩错误信号足够大以使扭矩控制器35的输出超过扭矩极限TL时，输出可能仅仅限于与扭矩极限TL对应的最大值。

要理解，如果马达21受到位置控制以尝试驱动打印头到超越打印表面11的目标位置（由于打印表面11的存在，该目标可能无法实现），则马达21将驱动打印头尽可能远直到其遇到打印表面11，在该点处，由马达21生成的扭矩将上升至可以由马达21输出的最大扭矩。这种操作可能导致在打印头与打印表面之间生成大打印头力。然而，上述步骤允许马达21所生成的最大扭矩（即，扭矩极限TL）与在打印头与打印表面11之间生成的预定打印力对应。因此，如果设置了超越打印表面11的目标位置，则打印头力可以通过对扭矩极限TL的适当选择而被控制。也就是说，在扭矩受限位置受控模式下，马达21可以用于对打印头进行位置控制，同时也传递预定扭矩，该预定扭矩与预定打印压力对应。

要理解，扭矩极限TL可以随着打印头组件4或者打印头的特性（例如，打印头宽度）的不同而不同。进一步地，扭矩极限TL可以在打印头运动期间改变以在加速、减速和静止操作期间适应不同的扭矩需求。例如，与保持预定打印头力相比较，在从静止位置加速期间可能需要更大的扭矩极限TL。因此，扭矩控制器35可以生成采取扭矩限制轮廓形式的动态扭矩限制。扭矩控制器35可以基于打印头的实际位置或者打印头的实际速度（如分别由位置反馈信号PF和速度反馈信号SF指示的）来改变这种扭矩极限（例如，通过索引轮廓）。

马达驱动器36将由扭矩控制器35所生成的马达控制信号转换为供应给马达线圈的脉宽调制（PWM）信号。控制PWM信号的占空比以按照扭矩控制器35的需要生成或多或少的扭矩。

如上所述，可以基于在马达21的线圈内流动的电流来生成扭矩反馈信号。例如，可以通过低值分流电阻器来监测电流，该低值分流电阻器设置为与马达驱动器36的功率级的共地连接串联。

图6更详细地示出了马达驱动器36的部件。具体地，马达驱动器36包括PWM块38，该PWM块38接收由扭矩控制器35生成的马达控制信号和嵌入马达21中的霍尔效应传感器的输出作为输入，该霍尔效应传感器配置为生成指示马达21的转子的当前旋转位置的输出。PWM块使用这些信号来生成PWM输出信号Q1至Q6。PWM信号的占空比是基于马达控制信号来控制的，而输出信号Q1至Q6的整流是基于霍尔效应传感器的输出来控制的。

马达驱动器36进一步包括功率级39，该功率级39包括6个功率晶体管40a至40f，该6个功率晶体管40a至40f成对串联设置（40a和40b、40c和40d、以及40e和40f），每对都具有在该对的两个晶体管之间的中间节点41a、41b、41c。3对晶体管并联设置在DC电源42与接地连接43之间。每对晶体管都包括设置为在DC电源42与接地连接43之间提供三个并联连接的上晶体管40a、40c、40d和下晶体管40b、40d、40f。如在PWM马达驱动器中常见的，可以将续流二极管与晶体管40a至40f中的每一个相关联，从而允许电流在晶体管40a至40f关掉时继续在线圈中流动。

中间节点41a、41b、41c分别连接至马达21的三个线圈21a、21b、21c中的相应线圈的第一端。马达21的三个线圈21a、21b、21c中的每一个的第二端都在节点21d处连接在一起。

在操作中，每个晶体管40a至40f都由输出信号38a至38f中的相应输出信号控制以使马达线圈21a至21c根据期望扭矩、和按照众所周知的整流和PWM技术的当前旋转位置而被顺序地提供能量。例如，马达线圈21a至21c可以根据梯形波形或者正弦波形而被提供能量。

流过线圈21a至21c的电流经由相应低值分流电阻器44a、44b、44c通过下晶体管40b、40d、40f中的一个下晶体管返回至接地连接43。例如，低值分流电阻器44a、44b、44c中的每一个都可以是具有约0.3欧姆的电阻的电阻器。经由放大器45a、45b、45c监测在每个电阻器44a、44b、44c两端的电压。每个放大器45a、45b、45c都生成指示在电阻器44a、44b、44c中的相应电阻器两端的电压的输出。根据欧姆定律，在电阻器43a、43b、43c两端的电压与流过线圈21a、21b、21c中的相应线圈的电流成正比。

例如，放大器45a、45b、45c可以是高速轨对轨运算放大器，该高速轨对轨运算放大器配置有偏移量从而使输出偏置为地平面与电压供应水平之间的约一半。也就是说，放大器45a、45b、45c的输出可以从偏置位置在正方向和负方向上摇摆，从而允许检测到施加在电阻器44a、44b、44c两端的正电压和负电压。

如上所述，在操作期间，根据众所周知的整流和PWM技术来为马达线圈21a至21c提供能量。因此，在PWM“开启”期间，电流在流过电阻器44a、44b、44c中的相应电阻器之前将从电源42流过上晶体管40a、40c、40e中的相应上晶体管，流过线圈21a、21b、21c，流过下晶体管40b、40d、40f中的相应下晶体管，从而在电阻器44a、44b、44c中的所述一个电阻器两端生成正电压。另一方面，在PWM“关闭”期间，马达线圈21a、21b、21c将充当发电机，并且电流将通过与每一个晶体管40a至40f都相关联的续流二极管而被传导。该续流电流将导致在PWM“关闭”期间在电阻器44a、44b、44c两端施加负电压。上述放大器配置允许测量在PWM“关闭”期间的这种负电压以及在PWM“开启”期间的正电压。

将放大器45a、45b、45c的输出提供给模数转换器（ADC）46a、46b、46c。每个模数转换器（ADC）46a、46b、46c都将由放大器45a、45b、45c中的相应放大器输出的电压信号转换为指示施加在电阻器43a、43b、43c中的相应电阻器两端的电压的数字信号。

将ADC输出提供给控制器47的输入，例如，该控制器47可以采取具有快速信号处理能力的数字信号处理器（DSP）或者微控制器的形式。控制器47对ADC输出进行数字处理以生成在线圈21a、21b、21c中流动的平均电流的测度。也就是说，去除由放大器45a、45b、45c引入的任何偏移电压的效应（从而允许检测正电压和负电压）。因此，控制器47执行处理以生成数字信号，该数字信号指示因为对线圈21a、21b、21c的PWM控制而生成的绝对负电压和绝对正电压。这些数字信号进一步由控制器47处理以计算在任何时间点流过每个线圈21a、21b、21c的有效平均电流。这种处理可以涉及整流在电阻器两端测量到的正电压和负电压，以反映在线圈21a、21b、21c内的电流的大小（该电流不会改变PWM脉冲之间的方向，与电阻器电流不同）。这种处理可以进一步涉及执行滤波或者平均，例如，以去除不需要的测量制品。可以将处理过的电流值组合（例如，通过平均）以形成单个电流值，该单个电流值指示在线圈21a、21b、21c内流动的电流。然后，将处理过的电流值提供给扭矩加法器34作为扭矩反馈信号。

要理解，可以提供附加部件以在电阻器44a、44b、44c与扭矩加法器34之间执行信号调节。例如，在数字域中执行的任何上述处理也可以代替地在模拟域中执行。例如，可以将电压信号整流为放大器45a、45b、45c的输出。可替代地或者另外，可以使用电平变换器来生成适当的信号偏移。同样，可以使用低通滤波器来从信号波形去除不需要的高频分量。进一步地，可以提供ADC 46a、46b、46c作为离散部件，或者作为控制器47的输入级的部分。而且，控制器47本身可以是控制器30的部分。

因此，可以如上所述操作控制器30以使马达21在扭矩受限位置控制模式下操作。因此，可以操作马达21以将打印头保持在任何任意位置（利用限制扭矩），或者在位置之间移动。这种位置可以包括准备打印位置、打印位置和起始位置。

进一步地，在打印期间可以使用马达来对打印头进行位置控制，同时也传递与预定打印压力对应的预定扭矩。

一旦打印完成，便可以在位置控制下将打印头撤回到准备打印位置。可替代地，当打印完成时，可以将打印头撤回到起始位置（该起始位置可以或者可以不设置有物理停止件）。

如参照图7所描述的执行被执行以通过控制马达17和21以这种方式控制打印头位置和压力的处理。该处理开始于步骤S10，在步骤S10中，执行初始化过程。该初始化过程包括通过使用已知的基准位置和编码器来识别打印头组件的当前位置。在该初始化过程期间，可以例如控制马达21以使打印头组件4绕枢轴14移动直到打印头组件4处于其与物理停止件（诸如，上面参照扭矩受控操作描述的物理停止件）邻接和/或其与打印表面11接触的位置为止。这种最终位置可以通过监测运动期间供应给马达21的电流（例如，使用电阻器45）来检测。只要打印头组件4的运动由与物理势垒（诸如，停止件或者打印表面11）接触而受到阻碍，电流就将会上升，因此马达的扭矩输出增加。以这种方式，控制器确定打印头组件4的当前位置，并且可以参考编码器37的输出来监测相对于该位置的后续运动。

一旦初始化完成，处理便转到步骤S11，在该步骤S11中，打印机1处于待机或者准备打印状态。将打印头移动到准备打印位置以准备在接收到打印命令时立即打印。准备打印位置与远离打印位置的是已知数量的编码器脉冲的位置对应。因此，一旦在步骤S10中已经完成了初始化，便可以在位置控制下将打印头移动到准备打印位置并且将打印头保持在准备打印位置。

处理然后转到步骤S12，在该步骤S12中，打印机等待接收打印命令。虽然没有接收到‘打印’命令，但是处理循环步骤S12。当控制器接收到‘打印’命令时，处理转到步骤S13，并且为马达21提供能量以使其移动到目标位置，该目标位置越过打印表面11与打印头之间的接触点。这种目标位置的使用使得马达旋转，从而使打印头组件4朝打印表面11移动。一旦打印头与打印表面11接触，打印头便会在打印表面上施加压力，该压力与为马达21设置的预定扭矩（即，扭矩极限）对应。也就是说，虽然实际位置还未到达目标位置，但是由扭矩控制器35提供的扭矩极限防止马达21生成除了预定扭矩极限之外的任何更多扭矩。

一旦接触压力已经稳定（例如，在由实验确定的预定稳定化时期之后），处理便转到步骤S14。在步骤S14中，在将执行间歇打印的情况下，为马达17提供能量以使打印头驱动带19移动，使得打印头滑架13沿线性轨道15移动，从而导致打印头平行于打印表面11移动。也要理解，打印头滑架13的这种运动也将导致打印头组件4移动。然而，控制器30，更具体地是位置控制器31设置为控制打印头运动（通过生成适当的速度设定点信号）从而使打印头的运动与打印头滑架13的运动对应。也就是说，在打印头滑架13的运动期间的任何点处，打印头目标位置将与越过打印表面11与打印头之间的接触点的目标位置对应，并且接触压力将保持为与马达21的最大扭矩对应的值。

图8示出了步进马达17（其控制打印头滑架13的运动）的运动与打印头组件4的目标位置之间的关系。x轴表示打印头滑架13的位置，并且因此表示打印头在衬底运动方向上（即，在图1中的箭头A指示的方向上）的打印头的横向位置。左手垂直轴表示供应给步进马达17的步进马达脉冲数。右手垂直轴表示与马达21的运动对应的编码器脉冲数。

线50表示运动打印头滑架13与供应给步进马达17的步进马达脉冲数之间的关系。可以看到，线50是直线。因此，步进马达13移动的每一步都使打印头滑架13做出对应运动。参考位置R表示打印头滑架13在线性轨道15的一端，其中，打印头与打印表面11接触。

考虑到打印头滑架13与打印头组件4之间经由枢轴14（上面详细描述的枢轴）的联接，要理解，打印头滑架13在方向A上（图1）的任何横向运动将使打印头组件4在方向B（图1）做出对应运动，即，除非也使打印头旋转带23移动。同样，为了将打印头组件的位置保持在方向B上，马达17的任何运动（以及因此打印头驱动带19的运动）应该与马达21的等效运动（以及因此打印头旋转带23的运动）匹配。因此，线50也表示在打印头滑架13在方向A上移动时必须由马达21移动以将打印头组件4的相对位置保持在方向B上的编码器37的脉冲数。对于相对于参考位置R的任何打印头滑架位置，存在由马达17已经移动的多步和马达21已经移动的对应编码器脉冲数。因此，对于相对于参考位置R的任意打印头滑架位置D，马达17已经移动了多步D'，并且马达21已经移动了使得多个编码器脉冲D''生成的量。

同样，打印头驱动带19关于打印头旋转带23的任何运动将导致打印头组件在方向B上的位置改变。第二线51从第一线50偏移并且与第一线50平行。线51与线50之间的偏移量表示打印头驱动带19和打印头旋转带23的运动量之间的偏移量，并且因此表示打印头组件4在方向B上的位移。因此，线51表示在打印头滑架13在方向A上移动时马达21移动以使打印头组件4保持在准备打印位置（其稍微从接触位置偏移）所需的编码器脉冲数。

第三线52在与线51相反的方向上从第一线50偏移并且与第一线50平行。线52与线50之间的偏移量表示打印头驱动带19和打印头旋转地23的运动量之间的偏移量，并且因此表示打印头组件4在方向B上的位移。线52表示马达21可以移动以使打印头组件4保持在越过与打印表面11接触的位置的位置中所需的编码器脉冲数。然而，要理解，因为打印表面11阻碍了打印头组件4的运动，所以该位置无法实现。因此，线52可以被理解为表示目标位置，该目标位置在被供应给位置控制器31时将使打印头被压在打印表面11上。上述扭矩极限TL将导致打印头在预定力的作用下被压靠打印表面11。

上面参照图8描述的关系可以采取查找表的形式，该查找表可由控制器31访问并且允许基于点头滑架13在方向A上的位置和打印头组件4在方向B上的目标位置来对马达21进行位置控制。也就是说，对于打印头滑架13的每个位置（即，对于图8的x轴上的每个位置），按照多个编码器脉冲数的马达21的目标位置可以来源于图8的打印头关于打印表面11的三个不同目标位置。第一目标位置与准备打印位置对应并且由线51表示。第二目标位置与打印头与打印表面11接触的点对应，并且由线50表示。第三目标位置与越过与打印表面11的接触位置的点对应，并且由线52表示。第三目标位置允许打印头在上述预定打印力的作用下被压靠打印表面11。

可以按照需要提供另外的目标位置。例如，可以提供与起始（缩回）位置对应的附加线。

一旦打印头滑架13需要的运动速度已经建立，（包括打印头旋转带23和马达21的对应运动），处理便会转到步骤S15，在该步骤S15中执行打印。打印头在其沿打印表面11通过时被提供能量，从而按照需要将油墨转印到衬底10。

如上面参照图4所描述的，在需要执行连续打印的情况下（与间歇打印相反），可以省略步骤S14，并且处理可以从步骤S13直接转到步骤S15。

一旦打印完成，处理转到步骤S16，在步骤S16中，命令特定于位置控制器31的目标位置移动到准备打印位置（即，线51）。这使得马达21在反方向（即，反时针方向）上被提供能量，从而使打印头组件4远离打印表面11移动。

一旦打印头组件缩回到准备打印位置，处理便转到步骤S17，在该步骤S17中，通过对马达17进行适当控制以准备后续打印操作来移动打印头滑架13。可以使打印头滑架13在与打印操作期间的运动方向相反的方向上沿线性轨道15移动。也根据线50和51对特定于位置控制器31的目标位置进行对应调整。因此，当打印头滑架13沿线性轨道15移动时，打印头仍然留在准备打印位置。

当然，在执行连续打印的情况下，可以省略步骤S17（正如步骤S14一样）。处理然后转到步骤S18，在该步骤S18中，确定是否需要更多打印。如果是，处理返回步骤S12，在该步骤S12中，等待下一个‘打印’命令。另一方面，如果不需要更多打印，则处理终止于步骤S19。

要理解，虽然上面描述了在组合扭矩和位置受控模式下控制马达21，但是其它控制技术也是可能的。也就是说，可以在不同的操作模式（诸如，例如，可以被称为扭矩受控模式的第一操作模式）下控制马达21。在第一操作模式下，扭矩可以是主要控制参数。第二操作模式可以被称为位置受控模式。在第二操作模式下，位置可以是主要控制参数。

更详细地，当未与打印表面接触时和当保持在准备打印位置时，可以按照位置受控方式（例如，使用编码器37提供的位置反馈、或者开环位置控制模式）来控制马达21。然而，当需要打印时，可以按照扭矩受控方式来控制马达21的扭矩输出。也就是说，当打印头在位置控制下处于准备打印位置并且接收到打印信号时，可以控制马达21以使打印头朝打印表面移动，如参照步骤S13所描述的。然而，在打印头与打印表面11之间的接触点之前或者在该接触点处，马达21可以切换为扭矩控制模式。可以在接收到打印命令时立即执行这种转变。这将导致打印头被驱动朝向打印表面11并且与打印表面11接触，同时，马达21处于扭矩受控模式。

可替代地，位置与扭矩控制之间的转变可以是基于到达已知位置。例如，可以基于与接触位置（如在初始化期间确定的）对应的已知数量的编码器脉冲、或者增加的马达扭矩（如电阻器44a、44b、44c检测到的，即，图6）来执行转变。

目标扭矩设置为生成预定打印力。这导致朝打印表面11驱动打印头并且产生预定打印力。

打印然后发生，如上所述，其中，打印头滑架13按照需要移动从而使打印头在间歇打印模式下沿打印表面11移动。在该运动期间，马达21仍然在扭矩控制下并且将按照需要移动以保持预定扭矩水平（以及因此接触力）。

一旦打印完成，便再次按照位置受控方式来控制马达21以按照需要撤回至准备打印位置（或者完全缩回位置）。例如，这种运动可以通过使马达21移动通过与所需移动量对应的多个脉冲数。

同样，当打印头滑架13在打印操作结束之后移动时，可以按照位置受控方式来控制马达21以将打印头维持在准备打印位置。具体地，通过操作马达13可以使打印头滑架13在与打印操作期间的运动方向相反的方向上沿线性轨道15移动。在该运动期间，可以按照开环方式来控制马达21，其中，施加至马达21的线圈的激励场旋转与使打印头滑架13沿轨道15移动所需的马达13的运动对应的量（这种关系由图8中的线51表示）。

这种控制布置在打印期间提供扭矩控制的好处，同时也在打印周期之间提供位置控制的好处。

例如，由打印头施加的压力可以是53 mm打印头宽度的15.7 N（1 .6 kgf）。可以将这种压力转换为待由马达21输出的扭矩。这种转换将取决于机械联接（包括臂25、26的相对长度和滑轮22的直径）、以及所述联接的任何传动效应。然后，可以根据马达21的扭矩常数，即，每单位安培（A）电流（Nm/A）生成的牛顿米（Nm）扭矩，来将所需扭矩转换为电流极限。

进一步地，由打印头施加的压力可以随着衬底速度的不同而不同。由打印头施加的压力也可以由用户指定为给定特定衬底速度时施加的一定比例的压力。50%的压力可以被认为是名义上的。

打印机可以存储指示最小压力（与0%的用户输入相关联）和最大压力（与100%的用户输入相关联）的数据，当接收到特定用户输入时，待施加的压力可以由来自存储的最小压力和存储的最大压力的线性插值确定。

在上述实施例中，马达21是DC马达。然而，在替代实施例中，可以使用不同马达来驱动打印头旋转带23，并且因此控制打印头压力。例如，在实施例中，马达是步进马达。步进马达可以与旋转编码器相关联，该旋转编码器提供与马达轴的旋转位置有关的信息。这种信息能够使步进马达的线圈按照闭环方式驱动。

在这种布置中，控制步进马达的线圈的整流的驱动电子设备接收期望角位置和实际角位置（来自编码器）作为输入。驱动电子设备然后生成提供给步进马达的线圈以使定子磁场旋转至将使转子按照期望方式移动的位置的电信号。

以这种方式，可以控制和优化马达所生成的扭矩。例如，通过控制扭矩角（即，定子磁场与转子位置之间的角偏移量），可以针对供应给马达线圈的电流的特定大小来最大化扭矩。具体地，众所周知，当使用90（电）度的扭矩角时，步进马达产生最大扭矩。因此，这种扭矩角的使用允许步进马达为给定线圈电流生成最大扭矩。

而且，基于编码器的输出来使用位置反馈允许调制马达线圈电流以产生期望扭矩水平。也就是说，除了控制步进马达在开环位置受控模式下操作之外，步进马达还可以使用位置反馈以闭环方式操作。利用这种控制布置并且通过对供应给步进马达的线圈的电流进行适当控制，可以将步进马达生成的扭矩控制为预定值，并且因此可以将打印头压力控制为预定值。

当然，要理解，在有益时，步进马达的使用也允许使用通常的开环步进马达控制。例如，可以使用这种开环控制来使打印头在自由空间中移动，或者保持打印头的预定自由空间位置（例如，当在开始打印操作之前将打印头保持在准备打印位置时、或者在打印周期之间的打印头滑架运动期间）。然而，通过提供与马达的角位置有关的精确信息，可以实现与步进马达通常相关联的许多好处（例如，高扭矩输出、低成本、和高速操作），同时还提供了通常与DC马达相关联的有利特性（例如，在供应给马达的电流与由马达输出的扭矩之间的众所周知的关系）。而且，通过提供精确的位置信息并且基于该信息来控制定子磁场，没有如下风险：如果负载大于最大扭矩容量，则步进马达将停转。

因此，代替具有上面进一步，例如，参照图4和图7描述的执行的控制的DC马达，可以使用步进马达。以这种方式，通过基于与马达的角位置有关的信息来控制供应给步进马达的线圈的电流，控制由马达生成的磁场的相位角。这种类型的控制允许步进马达以扭矩受控方式操作，从而生成预定输出扭矩。可以（经由合适的机械联接）将这种生成的扭矩转换为在打印操作期间待由打印头施加在打印表面上的预定力（对于特定区域而言，与预定压力对应）。

在上述描述的部分中，已经交替使用了对力和压力的引用。在上面压有打印头的表面具有恒定区的情况下，要理解，力和压力直接成比例，从而实际上可以按照所施加的力来定义压力。然而，所施加的压力将取决于被打印头13施加了压力的打印表面11的宽度（即，延伸到图2中的纸的平面中的大小）。由马达21生成的给定扭矩的压力大于更窄的打印表面11，并且因此达到压缩打印表面的程度，反之亦然。打印机可以为打印头提供多个安装位置并且提供改变打印头或者打印表面的宽度的能力。因此，控制器30可以另外处理指示上面压有打印头的打印表面11的宽度的信息并且使用该宽度信息来确定马达21生成的所需的扭矩。

已经在上述描述中（特别是参照图1、图5和图6）描述了各种控制器。要理解，归因于这些控制器的功能可以由单个控制器或者单独控制器执行。要进一步理解，每个描述的控制器本身都可以由单个控制器装置或者多个控制器装置提供。每个控制器装置都可以采取任何合适形式，包括ASIC、FPGA、或者读取和执行存储在连接至控制器的存储器中的指令的微控制器。

虽然上面描述的本发明实施例通常涉及热转印打印，但是要理解，在一些实施例中，本文所描述的技术可以应用于其它形式的打印，诸如，例如，直接热敏打印。在这种实施例中，不需要传墨带并且打印头在与热敏衬底（例如，热敏纸）直接接触时被提供能量以在衬底上创建标记。

虽然上面已经描述了本发明的各个实施例，但是要理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行修改。具体地，在上文已经引用了到标签幅上的打印的情况下，要理解，上述技术可以应用于任何衬底上的打印。

Claims (40)

1.一种打印机，其包括：

打印头，所述打印头配置为选择性地在衬底上创建标记；

第一马达，所述第一马达联接至所述打印头并且设置为改变所述打印头相对于打印表面的位置，抵靠所述打印表面执行打印，从而控制由所述打印头施加在所述打印表面上的压力；以及

控制器，所述控制器设置为在第一操作模式和第二操作模式下控制所述第一马达；

其中：

在所述第一操作模式下，所述控制器设置为控制供应给所述第一马达的线圈的电流的大小从而使得预定压力被所述打印头施加在所述打印表面上；

以及，

在所述第二操作模式下，所述控制器设置为控制所述第一马达的输出轴的角位置从而控制所述打印头相对于所述打印表面的位置。

2.根据权利要求1所述的打印机，其中，在所述第二操作模式下，所述打印头与所述打印表面间隔开。

3.根据权利要求1或者2所述的打印机，其中，所述控制器设置为基于指示所述第一马达的输出轴的角位移的传感器信号来控制所述第一马达。

4.根据权利要求3所述的打印机，其中，在所述第一操作模式下，所述第一马达是基于指示所述第一马达的所述输出轴的角位移的所述传感器信号而被控制的。

5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的打印机，其中，所述第一马达是位置受控马达。

6.根据权利要求1、2和4中任一项所述的打印机，其中，所述第一马达是步进马达。

7.根据权利要求1、2和4中任一项所述的打印机，其中，在所述第一操作模式下，所述控制器设置为控制供应给所述第一马达的所述线圈的电流，从而基于指示所述第一马达的所述输出轴的角位移的传感器信号来控制所述第一马达的定子磁场的定向。

8.根据权利要求1、2和4中任一项所述的打印机，其中，所述控制器配置为控制所述第一马达从而使所述第一马达的所述输出轴尝试旋转预定角位移。

9.根据权利要求1、2和4中任一项所述的打印机，其中，所述控制器配置为基于接收到的目标位置和接收到的当前位置来控制第一马达。

10.根据权利要求8所述的打印机，其中，所述控制器设置为控制所述第一马达，从而命令所述第一马达的所述输出轴旋转直到指示所述第一马达的所述输出轴的实际运动的信号指示已经完成所述预定角位移为止。

11.根据权利要求1、2、4和10中任一项所述的打印机，其中，所述控制器配置为在所述第二操作模式下控制所述第一马达以使所述打印头保持所述打印头与所述打印表面间隔开预定间隔的位置。

12.根据权利要求1、2、4和10中任一项所述的打印机，其中，所述控制器配置为在所述第一操作模式下控制所述第一马达以使所述打印头从所述打印头与所述打印表面间隔开的位置朝所述打印表面移动。

13.根据权利要求1、2、4和10中任一项所述的打印机，其中，所述控制器配置为在所述第二操作模式下控制所述第一马达以使所述打印头从所述打印头被压靠所述打印表面的位置移动到与所述打印表面间隔开的位置。

14.根据权利要求1、2、4和10中任一项所述的打印机，其中，控制供应给所述第一马达的线圈的电流的大小包括：将脉冲宽度调制信号提供给所述线圈。

15.根据权利要求14所述的打印机，其中，控制电流的大小包括：控制提供给所述线圈的所述脉冲宽度调制信号的占空比。

16.根据权利要求1、2、4、10和15中任一项所述的打印机，其中，控制供应给所述第一马达的线圈的电流的大小包括：控制供应给所述线圈的平均电流。

17.根据权利要求1、2、4、10和15中任一项所述的打印机，其中，所述打印头可绕枢轴旋转，以及其中，所述第一马达设置为使所述打印头绕所述枢轴旋转以改变所述打印头相对于所述打印表面的位置。

18.根据权利要求17所述的打印机，其进一步包括打印头组件，所述打印头组件包括第一臂和第二臂，所述第一臂联接至所述第一马达，并且所述打印头设置在所述第二臂上，其中，所述第一马达设置为使所述第一臂运动，从而使所述第二臂绕所述枢轴旋转，并且使得所述打印头相对于所述打印表面的位置改变。

19.根据权利要求18所述的打印机，其中，所述第一马达经由柔性联动装置联接至所述第一臂。

20.根据权利要求19所述的打印机，其中，所述联动装置是打印头旋转带。

21.根据权利要求20所述的打印机，其中，所述打印头旋转带绕过由所述第一马达的所述输出轴驱动的辊，从而使所述第一马达的所述输出轴的旋转导致所述打印头旋转带运动，所述打印头旋转带的运动导致所述打印头绕所述枢轴旋转。

22.根据权利要求1、2、4、10、15和18-21中任一项所述的打印机，其进一步包括用于沿平行于所述打印表面延伸的轨道输送所述打印头的打印头驱动机构。

23.根据权利要求22所述的打印机，其中，所述控制器配置为在所述第二操作模式下控制所述第一马达以在沿平行于所述打印表面延伸的所述轨道输送所述打印头期间使所述打印头保持所述打印头与所述打印表面间隔开预定间隔的位置。

24.根据权利要求22所述的打印机，其中，所述控制器配置为在所述第一操作模式下控制所述第一马达以在沿平行于所述打印表面延伸的所述轨道输送所述打印头期间使所述预定压力被所述打印头施加在所述打印表面上。

25.根据权利要求8所述的打印机，其进一步包括用于沿平行于所述打印表面延伸的轨道输送所述打印头的打印头驱动机构，其中，所述预定角位移是基于所述打印头沿平行于所述打印表面延伸的所述轨道的位置来确定的。

26.根据权利要求22所述的打印机，其中，所述打印头驱动机构包括可操作地连接至所述打印头的打印头驱动带和用于控制所述打印头驱动带的运动的第二马达，其中，所述打印头驱动带的运动导致沿平行于所述打印表面延伸的所述轨道输送所述打印头。

27.根据权利要求26所述的打印机，其中，所述打印头驱动带绕过由所述第二马达驱动的辊，从而使所述第二马达的输出轴的旋转导致所述打印头驱动带运动，所述打印头驱动带的运动导致沿平行于所述打印表面延伸的所述轨道输送所述打印头。

28.根据权利要求27所述的打印机，其中，所述第二马达是位置受控马达。

29.根据权利要求27或者28所述的打印机，其中，所述第二马达是步进马达。

30.根据权利要求1、2、4、10、15、18-21和23-28中任一项所述的打印机，其中，所述打印机是热敏打印机，以及其中，所述打印头配置为被选择性地提供能量以生成使得会在所述衬底上创建所述标记的热量。

31.根据权利要求30所述的打印机，其中，所述打印机是热转印打印机，以及其中，所述打印头配置为被选择性地提供能量，使得油墨从传墨带被转印到所述衬底，从而在所述衬底上创建所述标记。

32.根据权利要求31所述的打印机，其中，所述打印机是热转印打印机，其进一步包括：

第一卷轴支架和第二卷轴支架，所述第一卷轴支架和所述第二卷轴支架分别配置为支撑带的卷轴；以及

带驱动器，所述带驱动器配置为使得带从所述第一卷轴支架运动到所述第二卷轴支架。

33.根据权利要求30所述的打印机，其中，所述打印头配置为被选择性地提供能量以生成使得会在热敏衬底上创建所述标记的热量。

34.一种控制打印机的方法，所述打印机包括：

打印头，所述打印头配置为选择性地在衬底上创建标记；

第一马达，所述第一马达联接至所述打印头并且设置为改变所述打印头相对于打印表面的位置，抵靠该打印表面执行打印，从而控制由所述打印头施加在所述打印表面上的压力；以及

控制器，所述控制器设置为在第一操作模式和第二操作模式下控制所述第一马达；所述方法包括：

在所述第一操作模式下，控制供应给所述第一马达的线圈的电流的大小从而使得预定压力被所述打印头施加在所述打印表面上；

以及，

在所述第二操作模式下，控制所述第一马达的输出位置的角位置从而控制所述打印头相对于所述打印表面的位置。

35.根据权利要求34所述的方法，其中，包括在所述第二操作模式下控制所述第一马达以使所述打印头保持所述打印头与所述打印表面间隔开预定间隔的位置。

36.根据权利要求34或者35所述的方法，其中，包括在所述第一操作模式下控制所述第一马达以使所述打印头从所述打印头与所述打印表面间隔开的位置朝所述打印表面移动。

37.根据权利要求34或者35所述的方法，包括控制所述第一马达以使所述打印头从所述打印头被压靠所述打印表面的位置移动到在所述第二操作模式下与所述打印表面间隔开的位置。

38.根据权利要求37所述的方法，包括在所述第二操作模式下控制所述第一马达以在沿平行于所述打印表面延伸的轨道输送所述打印头期间使所述打印头保持所述打印头与所述打印表面间隔开预定间隔的位置。

39.根据权利要求38所述的方法，包括在所述第一操作模式下控制所述第一马达以在沿平行于所述打印表面延伸的所述轨道输送所述打印头期间使所述预定压力被所述打印头施加在所述打印表面上。

40.根据权利要求38或者39所述的方法，包括确定所述打印头在平行于所述打印表面的方向上的位置，并且基于所述打印头在平行于所述打印表面的所述方向上的所述位置来控制所述第一马达。

Images